Perchè l’esercizio fisico migliora le funzioni cognitive dei bambini: i meccanismi neurobiologici

Nel precedente articolo è stato discusso il ruolo chiave dell’esercizio fisico nello sviluppo delle capacità cognitive. Mediante l’utilizzo di strumenti quali il neuroimaging è stato possibile indagare e spiegare le basi neurobiologiche di tale relazione.  

 

Dunque, in che modo l’esercizio fisico migliora la performance cognitiva dei bambini?

 

Attualmente, la comunità scientifica considera l’esercizio fisico uno strumento fondamentale per lo sviluppo cognitivo, in quanto in grado di indurre cambiamenti funzionali e strutturali nelle aree cerebrali.

 

Studi neurobiologici hanno individuato almeno tre meccanismi fisiologici potenzialmente implicati in questa relazione (Barenberg, Berse, & Dutke, 2011):

 

1. l’esercizio fisico migliora il volume e la velocità del flusso sanguigno nel cervello (CBF – Cerebral Blood Flow), aumentando, così, l’apporto di ossigeno alle aree corticali rilevanti per le funzioni esecutive (Timinkul, Kato et al., 2008; Suzuki, Miyai et al., 2004), tra cui spicca la corteccia prefrontale (Roberts, Robbins e Weiskrantz, 1998);

 

2. l’esercizio fisico migliora i processi di riparazione neuronale e aumenta la plasticità dell’architettura cerebrale, mediante la stimolazione del rilascio di neurotrofine, famiglia di proteine necessarie per la sopravvivenza, lo sviluppo e la funzionalità dei neuroni (Winter, Breitenstein et al., 2007; Gold, Schulz et al., 2003).

 

3.  l’esercizio fisico migliora la regolazione dei neurotrasmettitori, tra cui dopamina e noradrenalina (Winter, Breitenstein et al., 2007; Meeusen, & De Meirleir, 1995; Hattori, Naoi, & Nishino, 1994), sostanze che, nella corteccia frontale, giocano un ruolo rilevante per il processo di controllo esecutivo (Robbins, & Arnsten, 2009; Floresco, & Magyar, 2006), oltre che essere fondamentali nel controllo del movimento volontario.

 

 

Come si dimostra scientificamente la relazione tra esercizio fisico e funzioni cognitive?

 

Studi che hanno utilizzato metodi di Neuroimaging (es: Magnetic Resonance Imaging – MRI, Event Related brain Potentials – ERP) hanno identificato ulteriori potenziali meccanismi coinvolti nella relazione tra forma fisica dei bambini e sviluppo cognitivo. Il gruppo di ricerca di Laura Chaddock-Heyman, research scientist presso il Beckman Institute of the University of Illinois, è stato uno dei più attivi e produttivi in questo campo negli ultimi dieci anni. Alcuni dei risultati ottenuti hanno dimostrato la positiva relazione esistente tra esercizio fisico e modificazioni strutturali in aree cerebrali indispensabili sia per il movimento volontario, sia per le funzioni esecutive.

 

Per esempio, bambini con una forma fisica migliore hanno presentato un volume dei nuclei della base maggiore, struttura cerebrale coinvolta in numerosi processi cognitivi, e un controllo inibitorio migliore rispetto ai bambini con una forma fisica inferiore (Chaddock-Heyman, Pontifex, Hillman, & Kramer, 2011; Chaddock-Heyman, Erickson, Prakash, Vanpatter, et al., 2010). Un nucleo della base risultato particolarmente sensibile all’esercizio fisico nell’infanzia è lo striato dorsale, struttura vitale per il controllo cognitivo e l’integrazione motoria (Chaddock-Heyman, Pontifex, Hillman, & Kramer, 2011).  

 

Da una prospettiva teorica, tali evidenze, insieme alle attuali conoscenze biologiche e neuropsicologiche, sono fondamentali per la comprensione dei processi fisiologici su cui si basa il funzionamento cognitivo; dalla prospettiva della psicologia dell’educazione, invece, possono contribuire al miglioramento di interventi finalizzati allo sviluppo della salute e dei contesti educativi.

 

Infatti, interventi basati su tali evidenze scientifiche possono essere applicati in differenti contesti educativi con l’obiettivo di migliorare la prestazione cognitiva. Si pensi alle condizioni cliniche caratterizzate da un deficit delle funzioni esecutive, come il Disturbo da Deficit dell’Attenzione/Iperattività (DDAI o ADHD), Sindrome di Tourette e Disturbo Ossessivo-Compulsivo (DOC), che ogni anno colpiscono numerosi bambini.  

 

Alla luce delle evidenze presentate, sorge spontanea una domanda: a chi è affidato lo sviluppo psicomotorio del bambino nella scuola primaria italiana?

 

 

Riferimenti bibliografici

  • Barenberg, J., Berse, T., & Dutke, S. (2011). Executive functions in learning processes: Do they benefit from physical activity? Educational Research Review, 6(3), 208–222. http://doi.org/10.1016/j.edurev.2011.04.002
  • Chaddock-Heyman, L., Pontifex, M. B., Hillman, C. H., & Kramer, A. F. (2011). A review of the relation of aerobic fitness and physical activity to brain structure and function in children. Journal of the International Neuropsychological Society : JINS, 17(6), 975–85.
  • Chaddock-Heyman, L., Erickson, K. I., Prakash, R. S., Vanpatter, M., Voss, M. W., Pontifex, M. B., et al. (2010). Basal ganglia volume is associated with aerobic fitness in preadolescent children. Developmental Neuroscience, 32(3), 249–256.
  • Floresco, S. B., & Magyar, O. (2006). Mesocortical dopamine modulation of executive functions: Beyond working memory. Psychopharmacology, 188, 567–585.
  • Gold, S. M., Schulz, K. H., Hartmann, S., Mladek, M., Lang, U. E., Hellweg, R., et al. (2003). Basal serum levels and reactivity of nerve growth factor and brain-derived neurotrophic factor to standardized acute exercise in multiple sclerosis and controls. Journal of Neuroimmunology, 138(1-2), 99–105
  • Hattori, S., Naoi, M., & Nishino, H. (1994). Striatal dopamine turnover during treadmill running in the rat: Relation to the speed of running. Brain Research Bulletin, 35, 41–49.
  • Meeusen, R., & De Meirleir, K. (1995). Exercise and brain neurotransmission. Sports Medicine, 20, 160–188.
  • Robbins, T. W., & Arnsten, A. F. T. (2009). The neuropsychopharmacology of fronto-executive function: Monoaminergic modulation. The Annual Review of Neuroscience, 32, 267–287.
  • Roberts, A. C., Robbins, T. W., & Weiskrantz, L. (1998). The prefrontal cortex: Executive and cognitive functions. Oxford, UK: Oxford University Press.
  • Suzuki, M., Miyai, I., Ono, T., Oda, I., Konishi, I., Kochiyama, T., et al. (2004). Prefrontal and premotor cortices are involved in adapting walking and running speed on the treadmill: An optical imaging study. NeuroImage, 23, 1020–1026
  • Timinkul, A., Kato, M., Omori, T., Deocaris, C. C., Ito, A., Kizuka, T., et al. (2008). Enhancing effect of cerebral blood volume by mild exercise in healthy young men: A near-infrared spectroscopy study. Neuroscience Research, 61(3), 242–248.
  • Winter, B., Breitenstein, C., Mooren, F. C., Voelker, K., Fobker, M., Lechtermann, A., et al. (2007). High impact running improves learning. Neurobiology of Learning and Memory, 87(4), 597–609.

 

Antonio De Fano ©

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Antonio De Fano

Antonio De Fano

Master's degree student presso l'European Master in Health & Physical Fitness, con il sogno di poter dedicare la propria vita alla ricerca scientifica nel campo delle Scienze del Movimento Umano. Lavora come educatore psicomotorio, preparatore fisico per ballerini professionisti e insegnante di danza. Da oltre dieci anni contribuisce allo sviluppo della cultura Hip Hop nazionale, che si impegna a divulgare mediante l'attività agonistica internazionale e l'attività di insegnamento del breaking in tutta Italia.

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